EP1921738A2 - Method and device to control a dc-ac converter, particularly for a wind energy plant - Google Patents

Method and device to control a dc-ac converter, particularly for a wind energy plant Download PDF

Info

Publication number
EP1921738A2
EP1921738A2 EP07021909A EP07021909A EP1921738A2 EP 1921738 A2 EP1921738 A2 EP 1921738A2 EP 07021909 A EP07021909 A EP 07021909A EP 07021909 A EP07021909 A EP 07021909A EP 1921738 A2 EP1921738 A2 EP 1921738A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
intermediate circuit
network
energy
low value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP07021909A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1921738B1 (en
EP1921738A3 (en
Inventor
Jens Fortmann
Kretschmann Jörg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senvion GmbH
Original Assignee
Repower Systems SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Repower Systems SE filed Critical Repower Systems SE
Publication of EP1921738A2 publication Critical patent/EP1921738A2/en
Publication of EP1921738A3 publication Critical patent/EP1921738A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1921738B1 publication Critical patent/EP1921738B1/en
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/443Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/45Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/10Purpose of the control system
    • F05B2270/107Purpose of the control system to cope with emergencies
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for operating an inverter, in particular for wind turbines with a driven by a wind rotor generator for feeding electrical power into a network, wherein the inverter has a link with an associated energy storage. More specifically, it is important to lower the stored energy in the energy storage and to feed power from the intermediate circuit in the network at a sudden voltage failure, in particular voltage drop in the network.
  • Modern wind turbines are usually variable in speed, so that the generator generates alternating current with different frequency.
  • a frequency supply network usually 50 Hz
  • frequency converters are used.
  • wind turbines have been operated so that they disconnect from the grid in case of network errors, especially short circuits.
  • grid-supporting operation of the wind turbines in terms of frequency and voltage, is instead required by the grid operators.
  • the first aspect is that in the event of a sudden change in the line voltage, an increase in the voltage in the DC link must be limited in order to prevent the converter from switching off.
  • the second aspect is that the mechanical load of the drive train leading from the wind rotor to the generator should be reduced as far as possible in terms of height and frequency as a result of step-like mains voltage changes.
  • the first aspect it is known to arrange a special circuit between the generator and the converter, which limits the voltage increase in the intermediate circuit ( WO-A-03/065567 ). It is further proposed to limit the increase in voltage with a generally present anyway DC link chopper. Alternatively, it can also be provided to reduce the intermediate circuit voltage and the losses by reducing the switching frequency of the converter, and thus to increase the converter current ( WO-A-2005/027301 ).
  • the object of the invention is to provide a method and a device for operating an inverter, with which a better behavior is achieved.
  • a method for operating an inverter in particular for wind turbines with a generator driven by a wind rotor for feeding electrical power into a network even during a sudden voltage disturbance, in particular voltage drop in the network, wherein the inverter comprises a DC link with an associated energy store
  • a low value to which the energy is lowered in the intermediate circuit is determined in such a manner depending on the capacity of the energy storage, that a resulting at the end of the sudden voltage disturbance in the intermediate circuit peak power is absorbed in the energy storage.
  • the idea of the invention is to reduce the energy stored in the intermediate circuit to such an extent that the activation of protective devices of the converter, such as, in particular, a DC link chopper or a crowbar between generator and converter, occurs as far as possible in the event of a step voltage failure can be.
  • the invention achieves this by deliberately lowering the voltage (or the current) in the intermediate circuit, more precisely in its mostly capacitive or inductive energy store, in order to free sufficient storage capacity depending on the magnitude of the voltage jump, so that the voltage returns at the end of the step Voltage disturbance occurring power peaks can be recorded. The risk of exceeding critical limit values in the DC link can thus be counteracted.
  • the invention thus achieves a reduction in the frequency and duration of the Activation of inverter protection circuits.
  • the invention improves the "ride-through" property with temporary break-in and return of the mains voltage, especially in the event of sudden mains voltage disturbances.
  • sudden voltage disturbance encompasses both a sudden reduction of the voltage in the network, a short circuit being the extreme case, as well as a sudden increase beyond the tolerance range provided for normal operation.
  • a peak power is understood to mean a transient, in particular induced, overvoltage or a transient, in particular induced, overcurrent.
  • the invention now ensures that as much energy absorption capacity as possible is provided in the DC link until the mains voltage returns. This can be achieved in a surprisingly simple way, a significant improvement in the performance of the inverter and thus the entire wind turbine. It not only improves the operating behavior, but it is also a protection of the components of the wind turbine reached.
  • the method is performed so that the inventive lowering to the low value during the sudden mains voltage failure occurs in preparation for the return of the mains voltage. Since the time until the return of the mains voltage is usually not known, the reduction according to the invention to the low value expediently takes place immediately after detection of the mains voltage fault. However, it can also be provided that the lowering takes place in preparation for a mains voltage disturbance occurring at a later time.
  • This preemptive variant offers the advantage that free capacity is already available at the beginning of the power failure to absorb overcurrents. Preferably, this is done so that the lowering is performed for the first time in preparation for the expected mains voltage failure and a second (or further) time is performed after the occurrence of the mains voltage fault has been detected.
  • the benefits of the invention extend not only to the return of the Mains voltage, but can already come at the beginning of the power failure to unfold.
  • the inventive method is used in a wind turbine with a double-fed generator.
  • a wind turbine with a double-fed generator.
  • the stator / rotor winding pair acts as a transformer and thus considerably higher voltages are induced in the rotor circuit than in the rest of the network.
  • limit values for the output voltage of the inverter are exceeded. Short-circuit-like currents in the rotor and stator can occur as transients. This can result in unwanted shutdown of the machine side inverter.
  • U DC min Max ⁇ U network ⁇ 2 ⁇ k load ⁇ 1 .
  • the lowering of the energy level in the intermediate circuit to the low value can take place in various ways. This is preferably done by driving the grid-side inverter, so as to dissipate the excess energy in the intermediate circuit useful in the network. If this is not desired or this is not possible, since there is no more mains voltage, then alternatively the chopper circuit can be driven until the desired energy value is reached. This procedure makes use of the fact that a chopper circuit is usually already present for component protection anyway. It can be used to deliberately lower the energy level in the DC link. Additional hardware effort then does not need to be incurred.
  • the inverter with intermediate circuit usually has a structure in which a generator-side inverter is connected via the intermediate circuit with a network-side inverter.
  • This design has the advantage that it allows a power flow in both directions, and is therefore particularly suitable for double-fed asynchronous machines as a generator.
  • the generator-side inverter is designed as a rectifier. If the following is the network-side inverter, so it may also be meant a rectifier.
  • a crowbar circuit for the protection of the Generators and the inverter is provided.
  • the term crowbar circuit is to be understood here in general, it is not limited to the most common embodiment as a kind of short circuit.
  • the network-side inverter is given a voltage setpoint which is above the amplitude value of the broken-down mains voltage.
  • the voltage setpoint is at most 15%, more preferably between 5% and 10%, above the amplitude value of the buried power supply voltage. This activation of the inverter ensures that massive current from the DC link can be fed into the grid, with a low voltage setting in the DC link depending on the voltage setpoint.
  • the generator-side inverter is deactivated during the voltage disturbance until the voltage in the network has again reached a predetermined value of the mains nominal voltage.
  • This procedure not only has the advantage that the likelihood of overshoots of critical limits in the DC link is further significantly reduced. It also has the advantage that, depending on the magnitude of the voltage jump, only little power flows from the generator into the DC link, so that only correspondingly less power needs to be dissipated to lower the energy level in the DC link to the low value. This is particularly favorable if the step-shaped voltage disturbance is a voltage increase. Regardless, it is expedient to reconnect the generator-side inverter after a minimum time, so can be compensated by activating the crowbar compensating operations.
  • a Gleicnnapss callnik with a capacitor used as an energy store as a DC link is not mandatory.
  • the intermediate circuit is designed as a DC intermediate circuit with a coil as energy storage.
  • the invention further relates to a device having the features of the independent device claim. It comprises as a core a setpoint module which is provided for adjusting the level of energy stored in the intermediate circuit.
  • FIG. 1 shows schematically a wind energy installation designed for carrying out the invention, which is provided with the reference number 1.
  • the wind turbine 1 has, in a known manner, a nacelle 11 pivotally mounted on a tower 10. At the front side of a wind rotor 2 is rotatably arranged. It drives via a rotor shaft to a generator 3, which is preferably designed as a double-fed asynchronous machine with multi-stranded rotor and stator winding.
  • the stator winding of the generator 3 is connected directly to a multi-strand connecting line 18 of the wind turbine 1.
  • the rotor winding (not shown) is connected to a (generator side) inverter 41 of an inverter 4; parallel to the rotor winding, a crowbar circuit 40 is connected as a converter protection circuit. With its (network-side) inverter 48 of the inverter 4 is connected to the connecting line 18. Further, a controller 5 is provided for the operation of the inverter 4.
  • the electrical power generated by the generator 3 is conducted via the connection line 18 to a transformer 19. It is designed to implement the voltage supplied by the wind energy installation 1 from the low-voltage level to the voltage level of the medium-voltage network 9.
  • the transformer 19 can transmit both the power of a single wind turbine 1 or the power of a plurality of wind turbines (wind farm).
  • FIG. 2 shows the schematic representation of the inverter 4. It has as main components a generator side Inverter 41, a network-side inverter 48 and a capacitive intermediate circuit 42.
  • the inverters 41, 48 of the inverter 4 are formed with self-extinguishing semiconductor switches (in the illustrated example, IGBT 411, 481 with a blocking voltage of 1700 V) plus anti-parallel reverse current diodes 412, 482.
  • IGBT 411, 481 with a blocking voltage of 1700 V
  • an active power transmission in both directions is possible, wherein both inverters 41, 48 can additionally and independently of one another exchange reactive power with the generator or the network.
  • the control of the IGBT 411, 481 is carried out by the controller 5 in a conventional manner, so that need not be discussed in detail at this point.
  • the intermediate circuit 42 is formed as a DC voltage intermediate circuit. It comprises a plurality of capacitors in parallel and series connection (in the example with a nominal voltage of 1100 V) as energy store 43. It should be noted that coils are provided in accordance with a DC intermediate circuit.
  • the intermediate circuit 42 is also associated with a DC link chopper 45. It serves to reduce energy stored in the intermediate circuit 42 in a controlled manner. It comprises an IGBT 451 and an antiparallel-connected protective diode 452, which are connected in series with a load resistor 453 having a load inductance 454.
  • the energy contained in the intermediate circuit 42 is stored substantially in the energy store 43 is diminished quickly. An increase of the voltage in the intermediate circuit 42 to supercritical values can thus be counteracted effectively. As a result, the DC link voltage can then be limited if briefly high active power increases from the generator-side inverter 41 pending, which can not be absorbed by the network-side inverter 48 at the same rate of increase.
  • a special control module 51 is formed in the controller 5. Its function will be explained in more detail below. It outputs at its output switching pulses for the intermediate circuit chopper 45, so that this turns on in dependence on the output signal (ignites) or not.
  • the setpoint module 51 has an input to which a voltage measuring device 50 for the voltage in the intermediate circuit 42 is connected. It also has an optional input at which a value for a desired pause time is adjustable.
  • Pause time is understood here to mean a time period which should elapse until the converter 4, more specifically the network-side inverter 48, feeds power back into the network at the end of the step-like voltage disturbance. This period of time is referred to as T s .
  • an empirical value for example, 10 milliseconds
  • a so-called orientation time can be used, which indicates the period of time that the inverter 48 needs to get back to the Synchronize network.
  • the set-point module 51 is designed to generate a charge or discharge current from the rotor 3 into the intermediate circuit 42 of the converter 4 as a function of the time duration and an overcurrent occurring at the end of the step-like voltage failure (eg return of the mains voltage after break-in or short-circuit) to calculate an amount of energy to be received in the intermediate circuit 42. So that this amount of charge / energy can be absorbed without exceeding critical limits in the intermediate circuit 42, the setpoint module 51 determines a low value to which the energy storage 43 of the intermediate circuit 42 is discharged after the beginning of the voltage disturbance, so that there is still enough capacity to absorb the voltage at power recovery occurring charge or energy remains.
  • the setpoint module 51 is further configured to drive the intermediate circuit chopper 45 in such a way that upon detection of a step-like voltage disturbance in the network 9, the energy store 43 of the intermediate circuit 42 is discharged to the low value. In the capacitive intermediate circuit 42 shown in the example, this is done by lowering the intermediate circuit voltage. The capacitors of the energy storage 43 are thereby discharged to the extent that additional active power can be absorbed for a limited time. Without the inventive discharge to the low value this type of power storage could not be done. This achieves, on the one hand, to relieve the DC link chopper 45 and, on the other hand, the probability of activating the crowbar circuit 40 can be reduced. The risk of harmful vibrations in the drive train, in particular due to fluctuations in the electric braking torque by igniting the Crowbar circuit 40 at the end of the surge voltage disturbance and return of Mains voltage in its normal range, can thus be counteracted thanks to the invention.
  • the grid-side inverter 48 can immediately begin to feed electrical power into the grid 9. If not yet reached, the intermediate circuit 42 charges in a conventional manner via the rectifier 41 until the nominal voltage (typically 1100 volts) is reached, and the network-side inverter 48 then feeds power into the network 9 in a normal manner.
  • the nominal voltage typically 1100 volts
  • FIG. 4 shows corresponding time profiles for the voltages and signals in a device and a method according to the invention.
  • the actual voltage in the intermediate circuit 42 increases accordingly, so that the crowbar circuit 40 ignites for protection against harmful overvoltage.
  • the detection signal output from the voltage drop detector circuit is thereby shown in curve b).
  • the course of the voltage in the intermediate circuit initially corresponds to that shown in FIG. The voltage first increases until the crowbar circuit 40 fires and eventually shuts off when the actual voltage (solid line) in the DC link 42 has dropped to a value below the original target voltage.
  • the setpoint module 51 determines a lower energy level for the intermediate circuit 42.
  • this is a voltage intermediate circuit, so that a setpoint voltage (dashed curve) is output as the output value (see dashed curve) c). It amounts to only slightly more than 60% of the original voltage in the intermediate circuit 42. This means that the stored energy in the energy storage 43 of the intermediate circuit 42 is lowered to a low value, which is only about 36% of the original value. Thus, in the energy storage 43, a considerable capacity is free to absorb overcurrents occurring in the intermediate circuit 42 when the mains voltage returns.
  • Ignition of the crowbar circuit 40 can thus be avoided in many cases.
  • the actual voltage in the intermediate circuit 42 gradually approaches the original value, wherein the setpoint is again gradually increased to the nominal setpoint.
  • the inverter 4 can then go back to normal operation and feed energy into the electrical grid.
  • the own DC link chopper 45 is optional for the invention.
  • the removal of energy from the intermediate circuit 42 in accordance with the invention in order to achieve a low value can be achieved by suitable activation of the network-side inverter 48 (this case is based on the illustration in FIG. 4). Although this presupposes that there is still a certain residual voltage in the network, this is usually met in the case of a wind turbine connected via a medium-voltage transformer 19, even in the event of a short circuit.
  • at least the reverse current diodes 412 of the generator-side inverter 41 must be dimensioned correspondingly large.
  • the operation according to the invention can be summarized as follows.
  • the lowest possible nominal value is determined and set as the low value for the energy in the DC link.
  • a significantly reduced amount of energy of the DC link compared to the nominal value is set in many operating points - especially after the mains voltage.
  • a jump in time change in the mains voltage transient power is introduced into the DC link and can be partially corresponding to the previously reduced amount of energy of the DC link are absorbed by the energy storage.
  • lowering the DC link voltage from the nominal value during a line fault - in preparation for the return of the mains voltage - causes a reduction in the frequency of the inverter protection circuit activity, depending on the level and rate of rise of the line voltage.
  • the amount of the mechanical drive train load of the wind turbine as a direct or indirect consequence of sudden changes in mains voltage is thereby reduced or the frequency of the mechanical loads reduced, in particular after voltage changes with low altitude and / or low slew rate.

Abstract

The method involves driving a generator (3) of a converter by a wind rotor (2), for supplying electrical power into a middle voltage power line during voltage drop in the power line, where the converter has an intermediate circuit (42) with an energy storage (43). A low value of the stored energy is determined in dependent of the capacity of the energy storage and lowering the energy stored in the energy storage such that peak power that occurs at the end of the sudden voltage disturbance in the intermediate circuit can be received in the energy storage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Umrichters, insbesondere für Windenergieanlagen mit einem über einen Windrotor angetriebenen Generator, zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Netz, wobei der Umrichter einen Zwischenkreis mit einem zugeordneten Energiespeicher aufweist. Genauer gesagt geht es darum, bei einer sprungartigen Spannungsstörung, insbesondere Spannungseinbruch im Netz, die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie abzusenken und Leistung aus dem Zwischenkreis in das Netz einzuspeisen.The invention relates to a method and apparatus for operating an inverter, in particular for wind turbines with a driven by a wind rotor generator for feeding electrical power into a network, wherein the inverter has a link with an associated energy storage. More specifically, it is important to lower the stored energy in the energy storage and to feed power from the intermediate circuit in the network at a sudden voltage failure, in particular voltage drop in the network.

Moderne Windenergieanlagen sind üblicherweise drehzahlvariabel, so dass der Generator Wechselstrom mit unterschiedlicher Frequenz erzeugt. Zur Einspeisung in ein festfrequentes Versorgungsnetz (üblicherweise 50 Hz) ist eine Frequenzumrichtung erforderlich. Dazu werden Frequenzumrichter verwendet. Herkömmlicherweise wurden Windenergieanlagen so betrieben, dass sie sich bei Netzfehlern, insbesondere Kurzschlüssen, vom Netz trennen. Mit zunehmender Verbreitung von Windenergieanlagen und dem Anstieg der installierten Windleistung ist aber statt dessen ein netzstützender Betrieb der Windenergieanlagen, und zwar bezüglich Frequenz und Spannung, von den Netzbetreibern gefordert.Modern wind turbines are usually variable in speed, so that the generator generates alternating current with different frequency. For feeding into a fixed frequency supply network (usually 50 Hz) a frequency conversion is required. For this purpose frequency converters are used. Conventionally, wind turbines have been operated so that they disconnect from the grid in case of network errors, especially short circuits. However, with the increasing prevalence of wind turbines and the increase in installed wind power, grid-supporting operation of the wind turbines, in terms of frequency and voltage, is instead required by the grid operators.

Grundsätzlich ergeben sich zwei wesentliche Aspekte, die zur Erfüllung der Anforderung der Netzbetreiber berücksichtigt werden müssen. Der erste Aspekt ist, dass bei sprungförmiger Änderung der Netzspannung ein Ansteigen der Spannung im Zwischenkreis begrenzt werden muss, um ein Abschalten des Umrichters zu vermeiden. Der zweite Aspekt ist, dass die mechanische Belastung des vom Windrotor zum Generator führenden Triebstrangs in Folge von sprungförmigen Netzspannungsänderungen so weit wie möglich hinsichtlich Höhe und Häufigkeit verringert werden soll.Basically, there are two main aspects that are taken into account when fulfilling the requirements of the network operator Need to become. The first aspect is that in the event of a sudden change in the line voltage, an increase in the voltage in the DC link must be limited in order to prevent the converter from switching off. The second aspect is that the mechanical load of the drive train leading from the wind rotor to the generator should be reduced as far as possible in terms of height and frequency as a result of step-like mains voltage changes.

Zu dem erstgenannten Aspekt ist es bekannt, zwischen Generator und Umrichter eine besondere Schaltung anzuordnen, die den Spannungsanstieg im Zwischenkreis begrenzt ( WO-A-03/065567 ). Es ist weiter vorgeschlagen, mit einem in der Regel ohnehin vorhandenen Zwischenkreis-Chopper den Spannungsanstieg zu begrenzen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, durch Reduktion der Schaltfrequenz des Umrichters die Zwischenkreisspannung und die Verluste zu verringern, und so den Umrichterstrom zu erhöhen ( WO-A-2005/027301 ).In the first aspect, it is known to arrange a special circuit between the generator and the converter, which limits the voltage increase in the intermediate circuit ( WO-A-03/065567 ). It is further proposed to limit the increase in voltage with a generally present anyway DC link chopper. Alternatively, it can also be provided to reduce the intermediate circuit voltage and the losses by reducing the switching frequency of the converter, and thus to increase the converter current ( WO-A-2005/027301 ).

Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Maßnahmen jeweils nur in Bezug auf einen der beiden Aspekte wirksam sind, nicht aber in Bezug auf den anderen. So führen die bekannten Maßnahmen zur Verringerung des Spannungsanstiegs meist zu einer Erhöhung der Belastungen des Triebstrangs, und umgekehrt.It has been found that the known measures are effective only with respect to one of the two aspects, but not with respect to the other. Thus, the known measures to reduce the voltage increase usually lead to an increase in the loads of the drive train, and vice versa.

Ausgehend von dem zuletzt genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Umrichters anzugeben, mit dem ein besseres Verhalten erreicht wird.Based on the last-mentioned prior art, the object of the invention is to provide a method and a device for operating an inverter, with which a better behavior is achieved.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in einem Verfahren und in einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The solution according to the invention lies in a method and in a device according to the features of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Umrichters, insbesondere für Windenergieanlagen mit einem über einen Windrotor angetriebenen Generator, zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Netz auch während einer sprungartigen Spannungsstörung, insbesondere Spannungseinbruch im Netz, wobei der Umrichter einen Zwischenkreis mit einem zugeordneten Energiespeicher umfasst, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Niederwert, auf den die Energie im Zwischenkreis abgesenkt wird, derart in Abhängigkeit von der Kapazität des Energiespeichers bestimmt wird, dass eine am Ende der sprungartigen Spannungsstörung im Zwischenkreis entstehende Leistungsspitze in den Energiespeicher aufnehmbar ist.In a method for operating an inverter, in particular for wind turbines with a generator driven by a wind rotor for feeding electrical power into a network even during a sudden voltage disturbance, in particular voltage drop in the network, wherein the inverter comprises a DC link with an associated energy store, is according to the invention provided that a low value to which the energy is lowered in the intermediate circuit, is determined in such a manner depending on the capacity of the energy storage, that a resulting at the end of the sudden voltage disturbance in the intermediate circuit peak power is absorbed in the energy storage.

Kern der Erfindung ist der Gedanke, die in dem Zwischenkreis gespeicherte Energie soweit zu reduzieren, dass die bei einer sprungförmigen Spannungsstörung herkömmlicherweise erfolgende Aktivierung von Schutzeinrichtungen des Umrichters, wie insbesondere eines Zwischenkreis-Choppers oder einer Schutzschaltung (Crowbar) zwischen Generator und Umrichter, möglichst verringert werden kann. Die Erfindung erreicht dies dadurch, dass die Spannung (oder der Strom) im Zwischenkreis, genauer gesagt in dessen meist kapazitiven oder induktiven Energiespeicher, gezielt abgesenkt wird, um je nach Höhe des Spannungssprungs ausreichend Speicherkapazität freizubekommen, damit bei Rückkehr der Netzspannung am Ende der sprungförmigen Spannungsstörung auftretende Leistungsspitzen aufgenommen werden können. Der Gefahr eines Überschreitens kritischer Grenzwerte im Zwischenkreis kann damit entgegengewirkt werden. Die Erfindung erreicht so eine Verringerung der Häufigkeit und Dauer der Aktivierung der Umrichter-Schutzschaltungen. Dies verbessert nicht nur die Qualität der in das Netz eingespeisten elektrischen Leistung, sondern vermeidet insbesondere schädliche Momentenschwankungen, und vermeidet damit die aus den Momentenschwankungen resultierende Belastung bzw. Beschädigungsgefahr für Komponenten, wie den Generator und seinen Triebsstrang. Zudem verbessert die Erfindung die "Ride-through"-Eigenschaft bei temporärem Einbruch und Wiederkehr der Netzspannung, insbesondere bei sprungförmigen Netzspannungsstörungen.The idea of the invention is to reduce the energy stored in the intermediate circuit to such an extent that the activation of protective devices of the converter, such as, in particular, a DC link chopper or a crowbar between generator and converter, occurs as far as possible in the event of a step voltage failure can be. The invention achieves this by deliberately lowering the voltage (or the current) in the intermediate circuit, more precisely in its mostly capacitive or inductive energy store, in order to free sufficient storage capacity depending on the magnitude of the voltage jump, so that the voltage returns at the end of the step Voltage disturbance occurring power peaks can be recorded. The risk of exceeding critical limit values in the DC link can thus be counteracted. The invention thus achieves a reduction in the frequency and duration of the Activation of inverter protection circuits. This not only improves the quality of the electrical power fed into the network, but in particular avoids harmful torque fluctuations, and thus avoids the resulting from the torque fluctuations load or risk of damage to components such as the generator and its drive train. In addition, the invention improves the "ride-through" property with temporary break-in and return of the mains voltage, especially in the event of sudden mains voltage disturbances.

Der Begriff sprungartige Spannungsstörung umfasst sowohl eine plötzliche Verringerung der Spannung im Netz, wobei ein Kurzschluss der Extremfall ist, wie auch einen plötzlichen Anstieg, und zwar über das für den Normalbetrieb vorgesehene Toleranzband hinaus.The term sudden voltage disturbance encompasses both a sudden reduction of the voltage in the network, a short circuit being the extreme case, as well as a sudden increase beyond the tolerance range provided for normal operation.

Unter einer Leistungsspitze werden eine transiente, insbesondere induzierte, Überspannung bzw. ein transienter, insbesondere induzierter, Überstrom verstanden.A peak power is understood to mean a transient, in particular induced, overvoltage or a transient, in particular induced, overcurrent.

Es ist zwar bekannt, die Spannung im Zwischenkreis im Falle eines Kurzschlusses abzusenken ( WO-A-2005/027301 ), jedoch geschah dies allein mit dem Ziel, günstigere Betriebsverhältnisse am Umrichter für die Einspeisung elektrischer Leistung während des Zeitraums des Spannungseinbruchs in das Netz bereit zu stellen. Auf die Verhältnisse bei Wiederkehr der Netzspannung wurde keine Rücksicht genommen. Insbesondere wurde nicht beachtet, ob die Spannung im Zwischenkreis so weit vermindert wurde, dass in dem Energiespeicher des Zwischenkreises soviel Energie gespeichert werden konnte, um bei der Wiederkehr der Netzspannung noch eine ausreichende Reserve zur Verfügung zu haben und damit ein Zünden der Crowbar-Schaltung möglichst zu verhindern. Es war vielmehr von Zufälligkeiten abhängig, ob die Spannungswiederkehr so langsam oder so schlagartig erfolgte, dass die dabei auftretenden Überströme im Zwischenkreis abgepuffert werden konnten oder nicht. Die Erfindung sorgt nun dafür, dass bis zur Netzspannungswiederkehr möglichst viel Energieaufnahmekapazität im Zwischenkreis bereitgestellt wird. Damit lässt sich auf verblüffend einfache Weise eine deutliche Verbesserung des Betriebsverhaltens des Umrichters und damit der gesamten Windenergieanlage erreichen. Es verbessert sich aber nicht nur das Betriebsverhalten, sondern es wird auch eine Schonung der Komponenten der Windenergieanlage erreicht.Although it is known to lower the voltage in the DC link in the event of a short circuit ( WO-A-2005/027301 ), however, this was done solely with the aim of providing more favorable operating conditions on the inverter for the supply of electrical power during the period of the voltage drop into the grid. The conditions on return of the mains voltage was taken no consideration. In particular, it was not considered whether the voltage in the DC link was reduced so much that so much energy could be stored in the energy store of the DC link, in order to return to the mains voltage to have a sufficient reserve available and thus to prevent ignition of the crowbar circuit as possible. Rather, it was dependent on random factors whether the voltage return was so slow or so sudden that the overcurrents occurring in the intermediate circuit could be buffered or not. The invention now ensures that as much energy absorption capacity as possible is provided in the DC link until the mains voltage returns. This can be achieved in a surprisingly simple way, a significant improvement in the performance of the inverter and thus the entire wind turbine. It not only improves the operating behavior, but it is also a protection of the components of the wind turbine reached.

In der Regel wird das Verfahren so geführt, dass die erfindungsgemäße Absenkung auf den Niederwert während der sprungartigen Netzspannungsstörung erfolgt in Vorbereitung auf die Wiederkehr der Netzspannung. Da die Zeitdauer bis zur Wiederkehr der Netzspannung meist nicht bekannt ist, erfolgt die erfindungsgemäße Absenkung auf den Niederwert zweckmäßigerweise sofort nach Erkennen der Netzspannungsstörung. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Absenkung in Vorbereitung auf eine zu einem späteren Zeitpunkt auftretende Netzspannungsstörung erfolgt. Diese präemptive Variante bietet den Vorzug, dass bereits zu Beginn der Netzstörung freie Kapazität zum Aufnehmen von Überströmen bereitsteht. Vorzugsweise erfolgt dies so, dass die Absenkung zum ersten Mal in Vorbereitung auf die erwartete Netzspannungsstörung durchgeführt und ein zweites (oder weiteres) Mal durchgeführt wird, nachdem das Auftreten der Netzspannungsstörung erkannt wurde. Damit erstrecken sich die erfindungsgemäßen Vorzüge nicht nur auf die Wiederkehr der Netzspannung, sondern können bereits zu Beginn der Netzstörung zur Entfaltung kommen.In general, the method is performed so that the inventive lowering to the low value during the sudden mains voltage failure occurs in preparation for the return of the mains voltage. Since the time until the return of the mains voltage is usually not known, the reduction according to the invention to the low value expediently takes place immediately after detection of the mains voltage fault. However, it can also be provided that the lowering takes place in preparation for a mains voltage disturbance occurring at a later time. This preemptive variant offers the advantage that free capacity is already available at the beginning of the power failure to absorb overcurrents. Preferably, this is done so that the lowering is performed for the first time in preparation for the expected mains voltage failure and a second (or further) time is performed after the occurrence of the mains voltage fault has been detected. Thus, the benefits of the invention extend not only to the return of the Mains voltage, but can already come at the beginning of the power failure to unfold.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Windenergieanlage mit einem doppelt gespeistem Generator verwendet. Gerade dieser Anlagentyp bereite herkömmlicherweise große Schwierigkeiten, da das Stator/Rotor-Wicklungspaar wie ein Transformator wirkt und so im Rotorkreis erheblich höhere Spannungen als im übrigen Netz induziert werden. In der Regel werden dabei Grenzwerte für die Ausgangsspannung des Umrichters überschritten. Als Transienten können kurzschlussartige Ströme im Rotor und Stator auftreten. Dies kann ein unerwünschtes Abschalten des maschinenseitigen Umrichters zur Folge haben. Außerdem wird als Folge der hohen Ströme in dem Rotor dem Zwischenkreis für kurze Zeit eine Wirkleistung zugeführt, die über der Nennleistung liegt, wodurch die Spannung im Zwischenkreis besonders schnell und stark ansteigt. Entsprechend groß waren die Schalthäufigkeit und -intensität der Umrichter-Schutzschaltungen und die sich daraus ergebenden negativen Folgen für die Netzqualität und die mechanische Belastung des Triebstrangs. Diese nachteiligen Auswirkungen können dank der Anwendung der Erfindung auf diesen Anlagentyp vermindert werden.According to a particularly preferred embodiment, the inventive method is used in a wind turbine with a double-fed generator. Conventionally, it is precisely this type of plant that causes great difficulties, since the stator / rotor winding pair acts as a transformer and thus considerably higher voltages are induced in the rotor circuit than in the rest of the network. As a rule, limit values for the output voltage of the inverter are exceeded. Short-circuit-like currents in the rotor and stator can occur as transients. This can result in unwanted shutdown of the machine side inverter. In addition, as a result of the high currents in the rotor, a real power is supplied to the intermediate circuit for a short time, which is above the rated power, whereby the voltage in the DC link increases particularly quickly and sharply. Correspondingly large were the switching frequency and intensity of the converter protective circuits and the resulting negative consequences for the power quality and the mechanical load of the drive train. These adverse effects can be reduced thanks to the application of the invention to this type of plant.

Zweckmäßigerweise wird der Niederwert, auf den die Energie in dem Zwischenkreis abgesenkt wird, nach folgender Formel berechnet: U DCMin = Max U Netz 2 k last 1 , U Netz 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k Last 2

Figure imgb0001
mit UNetz als Effektivwert der verketteten Netzspannung, N der Drehzahl, NSync der Synchrondrehzahl, ω21Gener als Windungszahlverhältnis Rotor zu Stator des Generators und KLast als lastabhängigen Faktor.The low value to which the energy in the intermediate circuit is lowered is expediently calculated according to the following formula: U DC min = Max U network 2 k load 1 . U network 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k load 2
Figure imgb0001
with U network as rms value of the interlinked mains voltage, N of the speed, N sync of the synchronous speed, ω 21Gener as the number of turns rotor to stator of the generator and K load as load-dependent factor.

Das Absenken des Energieniveaus in dem Zwischenkreis auf den Niederwert kann in verschiedener Weise erfolgen. Bevorzugt geschieht dies durch Ansteuern des netzseitigen Wechselrichters, um so die im Zwischenkreis überschüssige Energie nutzbringend in das Netz abzuführen. Ist dies nicht erwünscht oder ist dies nicht möglich, da keine Netzspannung mehr besteht, so kann alternativ die Chopper-Schaltung so lange angesteuert werden, bis der gewünschte Energiewert erreicht ist. Diese Verfahrensweise macht sich zu nutze, dass zum Komponentenschutz in der Regel ohnehin eine Chopper-Schaltung vorhanden ist. Sie kann dazu genutzt werden, das Energieniveau in dem Zwischenkreis gezielt abzusenken. Zusätzlicher Hardwareaufwand braucht dann nicht anzufallen.The lowering of the energy level in the intermediate circuit to the low value can take place in various ways. This is preferably done by driving the grid-side inverter, so as to dissipate the excess energy in the intermediate circuit useful in the network. If this is not desired or this is not possible, since there is no more mains voltage, then alternatively the chopper circuit can be driven until the desired energy value is reached. This procedure makes use of the fact that a chopper circuit is usually already present for component protection anyway. It can be used to deliberately lower the energy level in the DC link. Additional hardware effort then does not need to be incurred.

Der Umrichter mit Zwischenkreis weist üblicherweise einen Aufbau auf, bei dem ein generatorseitiger Wechselrichter über den Zwischenkreis mit einem netzseitigen Wechselrichter verbunden ist. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass sie einen Leistungsfluss in beiden Richtungen ermöglicht, und eignet sich damit insbesondere für doppelt gespeiste Asynchronmaschinen als Generator. Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass der generatorseitige Wechselrichter als Gleichrichter ausgebildet ist. Wenn nachfolgend von dem netzseitigen Wechselrichter die Rede ist, so kann damit auch ein Gleichrichter gemeint sein.The inverter with intermediate circuit usually has a structure in which a generator-side inverter is connected via the intermediate circuit with a network-side inverter. This design has the advantage that it allows a power flow in both directions, and is therefore particularly suitable for double-fed asynchronous machines as a generator. However, it should not be ruled out that the generator-side inverter is designed as a rectifier. If the following is the network-side inverter, so it may also be meant a rectifier.

Zur Erläuterung der Erfindung sei weiter davon ausgegangen, dass wie üblich eine Crowbar-Schaltung für den Schutz des Generators und des Umrichters vorgesehen ist. Der Begriff der Crowbar-Schaltung ist hier allgemein zu verstehen, er ist nicht auf die häufigste Ausführung als eine Art Kurzschlussschaltung begrenzt.To explain the invention, it is further assumed that, as usual, a crowbar circuit for the protection of the Generators and the inverter is provided. The term crowbar circuit is to be understood here in general, it is not limited to the most common embodiment as a kind of short circuit.

Zweckmäßigerweise wird nach dem Auftreten des Spannungseinbruchs dem netzseitigen Wechselrichter ein Spannungssollwert vorgegeben, der über dem Amplitudenwert der eingebrochenen Netzspannung liegt. Vorzugsweise ist der Spannungssollwert höchstens 15%, weiter vorzugsweise zwischen 5% und 10%, über dem Amplitudenwert der eingebrochenen Netzspannung. Durch diese Ansteuerung des Wechselrichters wird erreicht, dass massiv Strom aus dem Zwischenkreis in das Netz eingespeist werden kann, wobei sich je nach Spannungssollwert eine niedrige Spannung im Zwischenkreis einstellt.Conveniently, after the occurrence of the voltage dip, the network-side inverter is given a voltage setpoint which is above the amplitude value of the broken-down mains voltage. Preferably, the voltage setpoint is at most 15%, more preferably between 5% and 10%, above the amplitude value of the buried power supply voltage. This activation of the inverter ensures that massive current from the DC link can be fed into the grid, with a low voltage setting in the DC link depending on the voltage setpoint.

Es kann aber vorgesehen sein, dass der generatorseitige Wechselrichter während der Spannungsstörung so lange deaktiviert wird, bis die Spannung im Netz wieder einen vorbestimmten Wert der Netzsollspannung erreicht hat. Diese Verfahrenweise hat nicht nur den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Überschreitungen kritischer Grenzen im Zwischenkreis weiter erheblich reduziert wird. Sie hat weiter den Vorteil, dass je nach Höhe des Spannungssprungs nur wenig Leistung aus dem Generator in den Zwischenkreis fließt, so dass nur entsprechend wenig Leistung abgeführt zu werden braucht, um das Energieniveau im Zwischenkreis auf den Niederwert zu senken. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die sprungförmige Spannungsstörung ein Spannungsanstieg ist. Unabhängig davon erfolgt zweckmäßigerweise ein Wiederzuschalten des generatorseitigen Wechselrichters erst nach einer Mindestzeit, damit durch eine Aktivierung der Crowbar hervorgerufene Ausgleichsvorgänge abklingen können.However, it can be provided that the generator-side inverter is deactivated during the voltage disturbance until the voltage in the network has again reached a predetermined value of the mains nominal voltage. This procedure not only has the advantage that the likelihood of overshoots of critical limits in the DC link is further significantly reduced. It also has the advantage that, depending on the magnitude of the voltage jump, only little power flows from the generator into the DC link, so that only correspondingly less power needs to be dissipated to lower the energy level in the DC link to the low value. This is particularly favorable if the step-shaped voltage disturbance is a voltage increase. Regardless, it is expedient to reconnect the generator-side inverter after a minimum time, so can be compensated by activating the crowbar compensating operations.

Zweckmäßigerweise wird als Zwischenkreis ein Gleicnspannungszwischenkreis mit einem Kondensator als Energiespeicher verwendet. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Es kann gewünschtenfalls auch vorgesehen sein, dass der Zwischenkreis als Gleichstromzwischenkreis mit einer Spule als Energiespeicher ausgeführt ist.Conveniently, a Gleicnspannungszwischenkreis with a capacitor used as an energy store as a DC link. But this is not mandatory. If desired, it can also be provided that the intermediate circuit is designed as a DC intermediate circuit with a coil as energy storage.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs. Sie umfasst als Kern ein Sollwertmodul, das zur Einstellung des Niveaus der in dem Zwischenkreis gespeicherten Energie vorgesehen ist. Zur näheren Erläuterung und für weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wird auf vorstehende Ausführungen verwiesen.The invention further relates to a device having the features of the independent device claim. It comprises as a core a setpoint module which is provided for adjusting the level of energy stored in the intermediate circuit. For further explanation and for further advantageous embodiments, reference is made to the above statements.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1
eine schematische Übersichtsdarstellung einer an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Windenergieanlage gemäß der Erfindung; und
Fig. 2
eine Schaltungsansicht eines Umrichters der Windenergieanlage in Figur 1;
Fig. 3
ein Diagramm mit Spannungszeitverläufen bei einem Spannungseinbruch im Netz ohne die Erfindung; und
Fig. 4
ein Diagramm mit Spannungszeitverläufen bei einem Spannungseinbruch im Netz gemäß der Erfindung.
The invention will be described below with reference to the accompanying drawing, in which an advantageous embodiment is shown. Show it:
Fig. 1
a schematic overview of a connected to an electrical supply network wind turbine according to the invention; and
Fig. 2
a circuit view of an inverter of the wind turbine in Figure 1;
Fig. 3
a diagram with voltage waveforms at a voltage dip in the network without the invention; and
Fig. 4
a diagram with voltage waveforms at a voltage dip in the network according to the invention.

Figur 1 zeigt schematisch eine zur Ausführung der Erfindung ausgebildete Windenergieanlage, die mit der Bezugsziffer 1 versehen ist. Die Windenergieanlage 1 weist in bekannter Weise eine auf einem Turm 10 schwenkbar angeordnete Gondel 11 auf. An deren Stirnseite ist ein Windrotor 2 drehbar angeordnet. Er treibt über eine Rotorwelle einen Generator 3 an, der vorzugsweise als doppelt gespeiste Asynchronmaschine mit mehrsträngiger Rotor- und Stator-Wicklung ausgeführt ist. Die Stator-Wicklung des Generators 3 ist direkt an eine mehrsträngige Anschlussleitung 18 der Windenergieanlage 1 angeschlossen. Die Rotor-Wicklung (nicht dargestellt) ist an einen (generatorseitigen) Wechselrichter 41 eines Umrichters 4 angeschlossen; parallel zur Rotorwicklung ist eine Crowbar-Schaltung 40 als Umrichterschutzschaltung angeschlossen. Mit seinem (netzseitigen) Wechselrichter 48 ist der Umrichter 4 an die Anschlussleitung 18 angeschlossen. Ferner ist eine Steuerung 5 für den Betrieb des Umrichters 4 vorgesehen.FIG. 1 shows schematically a wind energy installation designed for carrying out the invention, which is provided with the reference number 1. The wind turbine 1 has, in a known manner, a nacelle 11 pivotally mounted on a tower 10. At the front side of a wind rotor 2 is rotatably arranged. It drives via a rotor shaft to a generator 3, which is preferably designed as a double-fed asynchronous machine with multi-stranded rotor and stator winding. The stator winding of the generator 3 is connected directly to a multi-strand connecting line 18 of the wind turbine 1. The rotor winding (not shown) is connected to a (generator side) inverter 41 of an inverter 4; parallel to the rotor winding, a crowbar circuit 40 is connected as a converter protection circuit. With its (network-side) inverter 48 of the inverter 4 is connected to the connecting line 18. Further, a controller 5 is provided for the operation of the inverter 4.

Die von dem Generator 3 erzeugte elektrische Leistung wird über die Anschlussleitung 18 an einen Transformator 19 geleitet. Er ist dazu ausgebildet, die von der Windenergieanlage 1 gelieferte Spannung von der Niederspannungsebene auf die Spannungsebene des Mittelspannungsnetzes 9 umzusetzen. Der Transformator 19 kann sowohl die Leistung einer einzelnen Windenergieanlage 1 übertragen oder aber die Leistung einer Mehrzahl von Windenergieanlagen (Windpark).The electrical power generated by the generator 3 is conducted via the connection line 18 to a transformer 19. It is designed to implement the voltage supplied by the wind energy installation 1 from the low-voltage level to the voltage level of the medium-voltage network 9. The transformer 19 can transmit both the power of a single wind turbine 1 or the power of a plurality of wind turbines (wind farm).

Figur 2 zeigt die schematische Darstellung des Umrichters 4. Er weist als Hauptkomponenten einen generatorseitigen Wechselrichter 41, einen netzseitigen Wechselrichter 48 und einen kapazitiven Zwischenkreis 42 auf. Die Wechselrichter 41, 48 des Umrichters 4 sind mit selbstlöschenden Halbleiterschaltern (in dem dargestellten Beispiel IGBT 411, 481 mit einer Sperrspannung von 1700 V) plus antiparallelen Rückstromdioden 412, 482 ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist eine Wirkleistungsübertragung in beide Richtungen ermöglicht, wobei beide Wechselrichter 41, 48 zusätzlich und unabhängig voneinander Blindleistung mit dem Generator bzw. dem Netz austauschen können. Die Ansteuerung der IGBT 411, 481 erfolgt durch die Steuerung 5 in an sich bekannter Weise, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.Figure 2 shows the schematic representation of the inverter 4. It has as main components a generator side Inverter 41, a network-side inverter 48 and a capacitive intermediate circuit 42. The inverters 41, 48 of the inverter 4 are formed with self-extinguishing semiconductor switches (in the illustrated example, IGBT 411, 481 with a blocking voltage of 1700 V) plus anti-parallel reverse current diodes 412, 482. In this embodiment, an active power transmission in both directions is possible, wherein both inverters 41, 48 can additionally and independently of one another exchange reactive power with the generator or the network. The control of the IGBT 411, 481 is carried out by the controller 5 in a conventional manner, so that need not be discussed in detail at this point.

Der Zwischenkreis 42 ist als Gleichspannungszwischenkreis ausgebildet. Er umfasst eine Mehrzahl von Kondensatoren in Parallel- und Serienschaltung (in dem Beispiel mit einer Nennspannung von 1100 V) als Energiespeicher 43. Es sei angemerkt, dass bei einem Gleichstromzwischenkreis entsprechend Spulen vorgesehen sind.The intermediate circuit 42 is formed as a DC voltage intermediate circuit. It comprises a plurality of capacitors in parallel and series connection (in the example with a nominal voltage of 1100 V) as energy store 43. It should be noted that coils are provided in accordance with a DC intermediate circuit.

Dem Zwischenkreis 42 ist ferner ein Zwischenkreis-Chopper 45 zugeordnet. Er dient dazu, im Zwischenkreis 42 gespeicherte Energie kontrolliert zu verringern. Er umfasst einen IGBT 451 und eine antiparallel geschaltete Schutzdiode 452, die in Serie geschaltet sind zu einem Lastwiderstand 453 mit einer Lastinduktivität 454. Beim Aktivieren des Zwischenkreis-Choppers 45 wird die in dem Zwischenkreis 42 enthaltende Energie, die im Wesentlichen in dem Energiespeicher 43 gespeichert ist, schnell vermindert. Einem Anstieg der Spannung im Zwischenkreis 42 auf überkritische Werte kann damit wirkungsvoll begegnet werden. Dadurch kann die Zwischenkreisspannung dann begrenzt werden, wenn kurzzeitig hohe Wirkleistungsanstiege aus dem generatorseitigen Wechselrichter 41 anstehen, die vom netzseitigen Wechselrichter 48 nicht mit gleicher Anstiegsgeschwindigkeit aufgenommen werden können. Dies ist insbesondere bei sprungförmigen Netzspannungsänderungen der Fall. Reicht auch die Leistung des Zwischenkreis-Choppers 45 nicht aus, um die kurzzeitig vorhandene Differenz-Wirkleistung beider Wechselrichter 41, 48 abzudecken, wird in an sich bekannter Weise die Crowbar 40 aktiviert. Sie unterbindet die Zufuhr von Wirkleistung aus dem generatorseitigen Wechselrichter durch Kurzschluss der Rotorwicklung.The intermediate circuit 42 is also associated with a DC link chopper 45. It serves to reduce energy stored in the intermediate circuit 42 in a controlled manner. It comprises an IGBT 451 and an antiparallel-connected protective diode 452, which are connected in series with a load resistor 453 having a load inductance 454. When activating the intermediate-circuit chopper 45, the energy contained in the intermediate circuit 42 is stored substantially in the energy store 43 is diminished quickly. An increase of the voltage in the intermediate circuit 42 to supercritical values can thus be counteracted effectively. As a result, the DC link voltage can then be limited if briefly high active power increases from the generator-side inverter 41 pending, which can not be absorbed by the network-side inverter 48 at the same rate of increase. This is the case in particular in the event of sudden changes in mains voltage. If the power of the intermediate circuit chopper 45 is also insufficient, in order to cover the momentarily present differential active power of both inverters 41, 48, the crowbar 40 is activated in a manner known per se. It prevents the supply of active power from the generator-side inverter by short-circuiting the rotor winding.

Für die Ansteuerung des Zwischenkreis-Choppers 45 ist in der Steuerung 5 ein besonderes Steuermodul 51 ausgebildet. Seine Funktion wird nachfolgend noch näher erläutert werden. Es gibt an seinem Ausgang Schaltimpulse für den Zwischenkreis-Chopper 45 ab, so dass dieser in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal durchschaltet (zündet) oder nicht.For the control of the DC link chopper 45, a special control module 51 is formed in the controller 5. Its function will be explained in more detail below. It outputs at its output switching pulses for the intermediate circuit chopper 45, so that this turns on in dependence on the output signal (ignites) or not.

Das Sollwertmodul 51 weist einen Eingang auf, an dem eine Spannungsmesseinrichtung 50 für die Spannung im Zwischenkreis 42 angeschlossen ist. Es weist ferner einen optionalen Eingang auf, an dem ein Wert für eine gewünschte Pausenzeit einstellbar ist. Unter Pausenzeit wird hierbei eine Zeitdauer verstanden, die verstreichen soll, bis der Umrichter 4, genauer gesagt der netzseitige Wechselrichter 48, am Ende der sprungförmigen Spannungsstörung wieder Leistung in das Netz einspeist. Diese Zeitdauer wird als Ts bezeichnet. Für sie kann ein Erfahrungswert (beispielsweise 10 Millisekunden) herangezogen werden, der ggf. fest implementiert ist. Als Zeitdauer kann auch eine sog. Orientierungszeit verwendet werden, welche die Zeitdauer angibt, die der Wechselrichter 48 benötigt, um sich wieder mit dem Netz zu synchronisieren. Das Sollwertmodul 51 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der Zeitdauer und einem am Ende der sprungförmigen Spannungsstörung (z. B. Wiederkehr der Netzspannung nach Einbruch oder bei Kurzschluss) auftretenden Überstrom aus dem Rotor 3 in den Zwischenkreis 42 des Umrichters 4 eine Ladungs- bzw. eine Energiemenge zu berechnen, die in dem Zwischenkreis 42 aufzunehmen ist. Damit diese Ladungs-/Energiemenge ohne Überschreiten kritischer Grenzwerte in den Zwischenkreis 42 aufgenommen werden kann, bestimmt das Sollwertmodul 51 einen Niederwert, auf den der Energiespeicher 43 des Zwischenkreises 42 nach Beginn der Spannungsstörung entladen wird, so dass noch ausreichend Kapazität zur Aufnahme der bei Spannungswiederkehr auftretenden Ladungs- bzw. Energiemenge bleibt. Das Sollwertmodul 51 ist weiter dazu ausgebildet, den Zwischenkreis-Chopper 45 derart anzusteuern, dass beim Erkennen einer sprungförmigen Spannungsstörung im Netz 9 der Energiespeicher 43 des Zwischenkreises 42 auf den Niederwert entladen wird. Bei dem in dem Beispiel dargestellten kapazitiven Zwischenkreis 42 geschieht dies durch Absenken der Zwischenkreisspannung. Die Kondensatoren des Energiespeichers 43 werden dadurch soweit entladen, dass für eine begrenzte Zeit zusätzliche Wirkleistung aufgenommen werden kann. Ohne die erfindungsgemäße Entladung auf den Niederwert könnte diese Art der Leistungseinspeicherung nicht erfolgen. Damit wird zum einen erreicht, den Zwischenkreis-Chopper 45 zu entlasten, und zum anderen kann die Wahrscheinlichkeit einer Aktivierung der Crowbar-Schaltung 40 verringert werden. Der Gefahr von schädlichen Schwingungen im Antriebsstrang, insbesondere aufgrund von Schwankungen des elektrischen Bremsmoments durch Zünden der Crowbar-Schaltung 40 am Ende der sprungförmigen Spannungsstörung und Wiederkehr der Netzspannung in ihren normalen Bereich, kann damit dank der Erfindung entgegengewirkt werden.The setpoint module 51 has an input to which a voltage measuring device 50 for the voltage in the intermediate circuit 42 is connected. It also has an optional input at which a value for a desired pause time is adjustable. Pause time is understood here to mean a time period which should elapse until the converter 4, more specifically the network-side inverter 48, feeds power back into the network at the end of the step-like voltage disturbance. This period of time is referred to as T s . For them an empirical value (for example, 10 milliseconds) can be used, which is possibly firmly implemented. As a period of time, a so-called orientation time can be used, which indicates the period of time that the inverter 48 needs to get back to the Synchronize network. The set-point module 51 is designed to generate a charge or discharge current from the rotor 3 into the intermediate circuit 42 of the converter 4 as a function of the time duration and an overcurrent occurring at the end of the step-like voltage failure (eg return of the mains voltage after break-in or short-circuit) to calculate an amount of energy to be received in the intermediate circuit 42. So that this amount of charge / energy can be absorbed without exceeding critical limits in the intermediate circuit 42, the setpoint module 51 determines a low value to which the energy storage 43 of the intermediate circuit 42 is discharged after the beginning of the voltage disturbance, so that there is still enough capacity to absorb the voltage at power recovery occurring charge or energy remains. The setpoint module 51 is further configured to drive the intermediate circuit chopper 45 in such a way that upon detection of a step-like voltage disturbance in the network 9, the energy store 43 of the intermediate circuit 42 is discharged to the low value. In the capacitive intermediate circuit 42 shown in the example, this is done by lowering the intermediate circuit voltage. The capacitors of the energy storage 43 are thereby discharged to the extent that additional active power can be absorbed for a limited time. Without the inventive discharge to the low value this type of power storage could not be done. This achieves, on the one hand, to relieve the DC link chopper 45 and, on the other hand, the probability of activating the crowbar circuit 40 can be reduced. The risk of harmful vibrations in the drive train, in particular due to fluctuations in the electric braking torque by igniting the Crowbar circuit 40 at the end of the surge voltage disturbance and return of Mains voltage in its normal range, can thus be counteracted thanks to the invention.

Es kommt nicht darauf an, ob bei Abschluss der Spannungswiederkehr und dem Abklingen der dadurch bedingten Überströme im Zwischenkreis 42 bereits die volle Nennspannung erreicht wurde oder nicht. Ist sie erreicht worden, kann der netzseitige Wechselrichter 48 unmittelbar damit beginnen, elektrische Leistung in das Netz 9 einzuspeisen. Ist sie noch nicht erreicht, lädt sich der Zwischenkreis 42 in herkömmlicher Weise über den Gleichrichter 41 so lange auf, bis die Nennspannung (typischerweise 1100 Volt) erreicht ist, und der netzseitige Wechselrichter 48 dann in normaler Weise Leistung in das Netz 9 einspeist.It does not matter whether the full nominal voltage has already been reached or not at the conclusion of the voltage recovery and the decay of the resulting overcurrents in the intermediate circuit 42. Once it has been reached, the grid-side inverter 48 can immediately begin to feed electrical power into the grid 9. If not yet reached, the intermediate circuit 42 charges in a conventional manner via the rectifier 41 until the nominal voltage (typically 1100 volts) is reached, and the network-side inverter 48 then feeds power into the network 9 in a normal manner.

In den Figuren 3 und 4 sind Zeitverläufe der Spannungen im Netz und im Zwischenkreis sowie die Aktivität der Crowbar-Schaltung 40 für den Fall eines Netzspannungseinbruchs als sprungförmige Spannungsstörung dargestellt. Es sei angenommen, dass im Zeitpunkt t=0,1 Sekunden die Netzspannung schlagartig um einen Wert von ca. 30% der Sollspannung einbricht. Etwa 150 Millisekunden später, zum Zeitpunkt t=0,25 Sekunden, kehrt die Netzspannung wieder zurück. Der Verlauf der Netzspannung ist in einer oberen Kurve a) in Figur 4 dargestellt. Mittels eines in die Steuereinrichtung 5 integrierten Spannungsdetektors kann ein entsprechendes Einbruchssignal erzeugt werden (siehe Kurve b). In der Kurve c) ist mit einer durchgezogenen Linie die Ist-Spannung im Zwischenkreis 42 dargestellt. Man erkennt, dass bei Beginn des Spannungseinbruchs eine leichte Spannungserhöhung auftritt. Diese Spannungserhöhung würde sich fortsetzen und könnte schließlich zu Komponentenschäden führen, wenn nicht die Crowbar-Schaltung 40 zum Schutz gezündet wurde (siehe Kurve d). Dank der Aktivität der Crowbar-Schaltung 40 wird somit einer übermäßigen Spannungserhöhung im Zwischenkreis entgegengewirkt. Die Spannung im Zwischenkreis 42 sinkt, bis sie schließlich einen Wert etwas unterhalb des Sollwerts erreicht und die Crowbar-Schaltung abschaltet. Die Spannung im Zwischenkreis 42 kann dann wieder langsam auf ihrem Sollwert (gestrichelte Kurve c) ansteigen. Ein in dem Zwischenkreis 42 angeordneter Energiespeicher ist entsprechend ebenfalls auf einen Normalenergiewert aufgeladen. Damit ist ein quasistationärer Zustand erreicht, der bis zum Ende des Spannungseinbruchs andauern kann. Kehrt die Netzspannung nun wieder (t=0,25 Sekunden, siehe Figur a), so wird - wie vorstehend erläutert - in dem Rotorkreis des doppelt gespeisten Generators eine hohe Spannung induziert. Die Spannung im Zwischenkreis 42 steigt entsprechend an (siehe Kurve c), bis schließlich die Crowbar-Schaltung zum Schutz der Komponenten vor einer Überlastung zündet (siehe Kurve d). Die Ist-Spannung im Zwischenkreis 42 sinkt dann aufgrund des Aktivierens der Crowbar-Schaltung ab, bis sie wieder einen Wert etwas unterhalb der Soll-Spannung erreicht und die Crowbar-Schaltung sich abschaltet. Mit der Wiederkehr der Netzspannung wird entsprechend auch das Erkennungssignal für den Spannungseinbruch zurückgesetzt (siehe Kurve b).FIGS. 3 and 4 show time profiles of the voltages in the network and in the intermediate circuit as well as the activity of the crowbar circuit 40 in the event of a mains voltage dip as a step-shaped voltage disturbance. It is assumed that at the time t = 0.1 seconds, the mains voltage abruptly breaks by a value of about 30% of the nominal voltage. About 150 milliseconds later, at time t = 0.25 seconds, the line voltage returns. The course of the mains voltage is shown in an upper curve a) in FIG. By means of a voltage detector integrated in the control device 5, a corresponding break-in signal can be generated (see curve b). In the curve c), the actual voltage in the intermediate circuit 42 is shown by a solid line. It can be seen that a slight increase in voltage occurs at the beginning of the voltage dip. This voltage increase would continue and could eventually lead to component damage unless the crowbar circuit 40 has been fired for protection (see Curve d). Thanks to the activity of the crowbar circuit 40, an excessive voltage increase in the DC link is thus counteracted. The voltage in the intermediate circuit 42 decreases until it finally reaches a value slightly below the desired value and shuts off the crowbar circuit. The voltage in the intermediate circuit 42 can then slowly rise again to its desired value (dashed curve c). A arranged in the intermediate circuit 42 energy storage is also charged accordingly to a normal energy value. This is a quasi-stationary state is reached, which can continue until the end of the voltage dip. If the mains voltage now returns (t = 0.25 seconds, see FIG. A), as explained above, a high voltage is induced in the rotor circuit of the doubly-fed generator. The voltage in the intermediate circuit 42 rises accordingly (see curve c), until finally the crowbar circuit for the protection of the components from overloading ignites (see curve d). The actual voltage in the intermediate circuit 42 then drops due to the activation of the crowbar circuit until it again reaches a value slightly below the desired voltage and the crowbar circuit shuts off. With the return of the mains voltage, the detection signal for the voltage dip is reset accordingly (see curve b).

In Figur 4 sind entsprechende Zeitverläufe für die Spannungen und Signale bei einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt. Wiederum bricht zum Zeitpunkt t=0,1 Sekunden die Netzspannung ein (Kurve a). Die Ist-Spannung im Zwischenkreis 42 steigt entsprechend an, so dass zum Schutz vor schädlicher Überspannung die Crowbar-Schaltung 40 zündet. Das dabei von der Detektorschaltung für den Spannungseinbruch ausgegebene Erkennungssignal ist in Kurve b) dargestellt. Der Verlauf der Spannung im Zwischenkreis entspricht zu Beginn den in Figur 3 dargestellten. Die Spannung steigt zuerst an, bis die Crowbar-Schaltung 40 zündet und schließlich abschaltet, wenn die tatsächliche Spannung (durchgezogene Kurve) im Zwischenkreis 42 auf einen Wert unterhalb der ursprünglichen Soll-spannung gesunken ist. Aufgrund des erkannten Spannungseinbruchs (Kurve b) bestimmt das erfindungsgemäße Sollwertmodul 51 ein niedrigeres Energieniveau für den Zwischenkreis 42. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Spannungszwischenkreis, so dass als Ausgangswert eine Soll-Spannung (gestrichelte Kurve) ausgegeben wird (siehe gestrichelte Kurve c). Sie beträgt nur etwas mehr als 60% der ursprünglichen Spannung im Zwischenkreis 42. Das bedeutet, dass die in dem Energiespeicher 43 des Zwischenkreises 42 gespeicherte Energie auf einen Niederwert abgesenkt wird, der lediglich etwa 36% des ursprünglichen Werts beträgt. Damit ist in dem Energiespeicher 43 eine beträchtliche Kapazität frei, um im Zwischenkreis 42 bei Wiederkehr der Netzspannung auftretende Überströme aufzunehmen. Während des Andauerns des Spannungseinbruchs im Netz sinkt die tatsächliche Spannung im Zwischenkreis (durchgezogene Kurve c) allmählich auf den vom Sollwertmodul 051 ausgegebenen niedrigen Wert für die Soll-Spannung (gestrichelte Kurve c) ab. Im Moment der Spannungswiederkehr im Netz (bei t=0,25 Sekunden) steigt die Spannung im Zwischenkreis 42 wegen der Spannungsübersetzung im Rotorkreis des doppelt gespeisten Generators rasch an. Da der Energiespeicher 43 aber auf seinen Niederwert entladen ist, kann dessen freie Kapazität genutzt werden, um möglichst viel der durch den Spannungssprung in den Zwischenkreis 42 eingebrachten Energie in den Energiespeicher 43 aufzunehmen. Dies hat bei ausreichend freier Kapazität im Energiespeicher 43 die erwünschte Wirkung, dass die tatsächliche Spannung im Zwischenkreis 42 bei Netzwiederkehr zwar ansteigt, aber nicht das ursprüngliche Sollniveau überschreitet. Ein Zünden der Crowbar-Schaltung 40 kann damit in vielen Fällen vermieden werden. Im weiteren Verlauf nähert sich die tatsächliche Spannung im Zwischenkreis 42 allmählich wieder dem ursprünglichen Wert an, wobei auch der Sollwert wieder allmählich auf den Nenn-Sollwert erhöht wird. Der Umrichter 4 kann dahin wieder in den Regelbetrieb übergehen und Energie in das elektrische Netz einspeisen.FIG. 4 shows corresponding time profiles for the voltages and signals in a device and a method according to the invention. Again, at the time t = 0.1 second breaks the mains voltage (curve a). The actual voltage in the intermediate circuit 42 increases accordingly, so that the crowbar circuit 40 ignites for protection against harmful overvoltage. The detection signal output from the voltage drop detector circuit is thereby shown in curve b). The course of the voltage in the intermediate circuit initially corresponds to that shown in FIG. The voltage first increases until the crowbar circuit 40 fires and eventually shuts off when the actual voltage (solid line) in the DC link 42 has dropped to a value below the original target voltage. On the basis of the detected voltage drop (curve b), the setpoint module 51 according to the invention determines a lower energy level for the intermediate circuit 42. In the exemplary embodiment shown, this is a voltage intermediate circuit, so that a setpoint voltage (dashed curve) is output as the output value (see dashed curve) c). It amounts to only slightly more than 60% of the original voltage in the intermediate circuit 42. This means that the stored energy in the energy storage 43 of the intermediate circuit 42 is lowered to a low value, which is only about 36% of the original value. Thus, in the energy storage 43, a considerable capacity is free to absorb overcurrents occurring in the intermediate circuit 42 when the mains voltage returns. During the continuation of the voltage drop in the network, the actual voltage in the intermediate circuit (solid curve c) gradually decreases to the low value for the setpoint voltage (dashed curve c) output by the reference module 051. At the moment of voltage return in the network (at t = 0.25 seconds), the voltage in the intermediate circuit 42 rises rapidly because of the voltage ratio in the rotor circuit of the doubly fed generator. Since the energy store 43 is discharged to its low value, its free capacity can be used to absorb as much of the introduced by the voltage jump in the intermediate circuit 42 energy in the energy storage 43. This has enough free capacity in the energy storage 43 the desired effect that the actual voltage in the DC link 42 at power recovery, although it does not exceed the original target level. Ignition of the crowbar circuit 40 can thus be avoided in many cases. In the further course, the actual voltage in the intermediate circuit 42 gradually approaches the original value, wherein the setpoint is again gradually increased to the nominal setpoint. The inverter 4 can then go back to normal operation and feed energy into the electrical grid.

Dank der auf einen Niederwert abgesenkten Soll-Spannung im Zwischenkreis 42 ist der Kondensator als Energiespeicher 43 in dem Gleichspannungszwischenkreis 42 soweit entladen, dass er je nach Größe des Spannungseinbruchs die bei Wiederkehr auftretenden Überströme ganz oder zumindest zum Teil aufnehmen kann. Einem Zünden der Crowbar bei Wiederkehr der Netzspannung kann damit entgegengewirkt werden. Unerwünschte Belastungen aufgrund von Momentenschwankungen am Generator 3 und dem zum Windrotor 2 führenden Antriebsstrang können dadurch verringert werden.Thanks to the lowered to a low reference voltage in the intermediate circuit 42 of the capacitor is discharged as energy storage 43 in the DC voltage intermediate circuit 42 so far that he can absorb the occurring over-current overcurrents wholly or at least in part, depending on the size of the voltage dip. An ignition of the Crowbar on return of the mains voltage can thus be counteracted. Unwanted stresses due to torque fluctuations on the generator 3 and the drive train leading to the wind rotor 2 can be reduced thereby.

Für den Betrieb der Erfindung kommt es nicht darauf an, ob der maschinenseitige Wechselrichter 41 in der Anfangsphase des Spannungseinbruchs nach Abklingen der Aktivität der Crowbar-Schaltung 40 gleich wieder elektrische Leistung in den Zwischenkreis 42 einspeist, oder ob das Wiedereinspeisen so lange verzögert wird, bis die Netzspannung wieder einen definierten höheren Wert (von beispielsweise 90% der Netzsollspannung) erreicht hat. Eine Verzögerung hat den Vorteil, dass die bei Spannungswiederkehr entstehenden Überströme und dadurch bedingte Speisung des Zwischenkreises 42 über die Rückstromdioden 412 geringer ausfällt, so dass der Zwischenkreis-Chopper 45 nur wenig belastet wird und daher klein dimensioniert sein kann.For the operation of the invention, it does not matter whether the machine-side inverter 41 in the initial phase of the voltage dip immediately after the activity of the crowbar circuit 40 dies again feeds electrical power into the DC link 42, or if the re-feeding is delayed until the mains voltage has again reached a defined higher value (of, for example, 90% of the nominal mains voltage). A delay has the advantage that the overcurrents occurring during the return of the voltage and the resulting supply of the intermediate circuit 42 via the return current diodes 412 are lower, so that the DC link chopper 45 is only slightly loaded and therefore can be small in size.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass der eigene Zwischenkreis-Chopper 45 für die Erfindung optional ist. Das erfindungsgemäße Abführen von Energie aus dem Zwischenkreis 42 zum Erreichen eines Niederwerts kann durch eine geeignete Ansteuerung des netzseitigen Wechselrichters 48 erfolgen (dieser Fall liegt der Darstellung in Fig. 4 zugrunde). Dies setzt zwar voraus, dass noch eine gewisse Restspannung im Netz vorhanden ist, jedoch ist dies üblicherweise bei über einen Mittelspannungstransformator 19 angeschlossenen Windenergieanlagen auch im Kurzschlussfall erfüllt. - Es kann aber auch vorgesehen sein, den Zwischenkreis-Chopper 45 stärker zu dimensionieren, so dass er auch als Crowbar-Schaltung 40 fungieren kann. In diesem Fall ist die externe Crowbar-Schaltung 40 entbehrlich. Der Aufwand verringert sich dadurch. Es sei aber angemerkt, dass in diesem Fall zumindest die Rückstromdioden 412 des generatorseitigen Wechselrichters 41 entsprechend groß dimensioniert sein müssen.Finally, it should be noted that the own DC link chopper 45 is optional for the invention. The removal of energy from the intermediate circuit 42 in accordance with the invention in order to achieve a low value can be achieved by suitable activation of the network-side inverter 48 (this case is based on the illustration in FIG. 4). Although this presupposes that there is still a certain residual voltage in the network, this is usually met in the case of a wind turbine connected via a medium-voltage transformer 19, even in the event of a short circuit. - It can also be provided to dimension the intermediate circuit chopper 45 stronger, so that it can also act as a crowbar circuit 40. In this case, the external crowbar circuit 40 is dispensable. The effort is reduced. It should be noted, however, that in this case at least the reverse current diodes 412 of the generator-side inverter 41 must be dimensioned correspondingly large.

Der erfindungsgemäße Betrieb lässt sich wie folgt zusammenfassen. Es wird abhängig von einem Betriebspunkt der Netzspannung und der Drehzahl des Generators ein möglichst niedriger Sollwert als Niederwert für die Energie in dem Zwischenkreis bestimmt und eingestellt. Dadurch wird in vielen Betriebspunkten - insbesondere nach Einbruch der Netzspannung - eine deutlich reduzierte Energiemenge des Zwischenkreises gegenüber dem Nennwert eingestellt. Durch eine im Zeitverlauf sprungförmige Änderung der Netzspannung wird transiente Leistung in den Zwischenkreis eingeleitet und kann zum Teil entsprechend der vorher reduzierten Energiemenge des Zwischenkreises durch den Energiespeicher aufgenommen werden. Insbesondere bewirkt die Absenkung der Zwischenkreisspannung gegenüber dem Nennwert während einer Netzstörung - als Vorbereitung auf die Wiederkehr der Netzspannung - eine Verringerung der Häufigkeit der Aktivität der Umrichter-Schutzschaltung, je nachdem, in welcher Höhe und mit welcher Anstiegsgeschwindigkeit die Netzspannung wiederkehrt. Die Höhe der mechanischen Triebstrangbelastung der Windenergieanlage als direkte oder indirekte Folge von sprungförmigen Netzspannungsänderungen wird dadurch verringert bzw. die Häufigkeit der mechanischen Belastungen reduziert, insbesondere nach Spannungsänderungen mit geringer Höhe und/oder geringer Anstiegsgeschwindigkeit.The operation according to the invention can be summarized as follows. Depending on an operating point of the mains voltage and the rotational speed of the generator, the lowest possible nominal value is determined and set as the low value for the energy in the DC link. As a result, a significantly reduced amount of energy of the DC link compared to the nominal value is set in many operating points - especially after the mains voltage. By a jump in time change in the mains voltage transient power is introduced into the DC link and can be partially corresponding to the previously reduced amount of energy of the DC link are absorbed by the energy storage. In particular, lowering the DC link voltage from the nominal value during a line fault - in preparation for the return of the mains voltage - causes a reduction in the frequency of the inverter protection circuit activity, depending on the level and rate of rise of the line voltage. The amount of the mechanical drive train load of the wind turbine as a direct or indirect consequence of sudden changes in mains voltage is thereby reduced or the frequency of the mechanical loads reduced, in particular after voltage changes with low altitude and / or low slew rate.

Claims (18)

Verfahren zum Betreiben eines Umrichters, insbesondere für Windenergieanlagen mit einem über einen Windrotor (2) angetriebenen Generator (3), zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Netz (9) auch während einer sprungartigen Spannungsstörung, insbesondere Spannungseinbruch im Netz (9), wobei der Umrichter (4) einen Zwischenkreis (42) mit einem zugeordneten Energiespeicher (43) aufweist, gekennzeichnet durch Bestimmen eines Niederwerts der gespeicherten Energie in Abhängigkeit von der Kapazität des Energiespeichers (43) und Absenken der in dem Energiespeicher (43) gespeicherter Energie derart, dass eine am Ende der sprungartigen Spannungsstörung im Zwischenkreis (42) entstehende Leistungsspitze in den Energiespeicher (43) aufnehmbar ist.Method for operating an inverter, in particular for wind energy installations with a generator (3) driven via a wind rotor (2), for feeding electrical power into a network (9) even during a sudden voltage disturbance, in particular voltage drop in the network (9), wherein the converter (4) has an intermediate circuit (42) with an associated energy store (43), characterized by determining a low value of the stored energy as a function of the capacity of the energy store (43) and lowering the stored energy in the energy store (43) such that a at the end of the sudden voltage disturbance in the intermediate circuit (42) resulting peak power in the energy storage device (43) is receivable. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Absenken des Energieniveaus durch Ansteuern eines Zwischenkreis-Choppers (45) bis der Niederwert erreicht ist.A method according to claim 1, characterized by lowering the energy level by driving a DC chopper (45) until the low value is reached. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Vorgeben eines Spannungssollwerts für einen netzseitigen Wechselrichter (48) des Umrichters (4), der eine Entladung des Energiespeichers (43) auf den Niederwert bewirkt.Method according to Claim 1 or 2, characterized by predetermining a voltage setpoint for a line-side inverter (48) of the converter (4), which causes a discharge of the energy store (43) to the low value. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Wählen des Spannungssollwerts derart, dass er bei Spannungseinbruch über der Spannung im Netz (9) liegt, und zwar vorzugsweise um höchstens 15%.A method according to claim 3, characterized by selecting the voltage command value such that it lies above the voltage in the network (9) when the voltage drops preferably at most 15%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Wiederzuschalten des generatorseitigen Wechselrichters (41), wenn der Niederwert im Zwischenkreis (42) erreicht ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized by a reconnection of the generator-side inverter (41) when the low value in the intermediate circuit (42) is reached. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Wiederzuschalten erst nach Verstreichen einer Mindestzeitdauer seit Aktivierung einer Umrichter-Schutzschaltung (40).Method according to Claim 5, characterized by restarting only after a minimum period of time has elapsed since the activation of an inverter protection circuit (40). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verzögern des Zuschaltens des generatorseitigen Wechselrichters (41) bis die Spannung im Netz (9) einen vorbestimmten Wert von vorzugsweise 40-80% der Netzsollspannung erreicht hat.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized by delaying the connection of the generator-side inverter (41) until the voltage in the network (9) has reached a predetermined value of preferably 40-80% of the nominal mains voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Verwenden eines Gleichspannungszwischenkreises (42) mit einem Kondensator als Energiespeicher (43) .Method according to one of claims 1 to 7, characterized by using a DC voltage intermediate circuit (42) with a capacitor as an energy store (43). Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Berechnen des Niederwerts als eine Spannung gemäß der Formel U DCMin = Max U Netz 2 k last 1 , U Netz 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k Last 2 .
Figure imgb0002
A method according to claim 8, characterized by calculating the low value as a voltage according to the formula U DC min = Max U network 2 k load 1 . U network 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k load 2 ,
Figure imgb0002
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Verwenden eines Gleichstromzwischenkreises mit einer Spule als Energiespeicher.Method according to one of claims 1 to 7, characterized by using a DC intermediate circuit with a coil as energy storage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Erkennen einer sprungartigen Spannungsstörung und daraufhin erfolgendes Bestimmen des und Absenken auf den Niederwert.Method according to one of claims 1 to 10, characterized by detecting a sudden voltage disturbance and then determining and lowering the low value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Bestimmen und Absenken auf den Niederwert vor Erkennen der sprungartigen Spannungsstörung.Method according to one of claims 1 to 10, characterized by determining and lowering to the low value before detecting the sudden voltage disturbance. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch erneutes Bestimmen und Absenken nach Erkennen der sprungartigen Spannungsstörung.A method according to claim 12, characterized by re-determining and lowering after detecting the sudden voltage disturbance. Umrichter, insbesondere für Windenergieanlagen mit einem über einen Windrotor (2) angetriebenen Generator (3), zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein Netz (9) auch während einer sprungartigen Spannungsstörung, insbesondere Spannungseinbruch im Netz (9), wobei der Umrichter (4) einen Zwischenkreis (42) mit einem Energiespeicher (43) aufweist, und eine Steuerungseinrichtung (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (5) ein Sollwertmodul (51) zur Einstellung eines Energieniveaus im Zwischenkreis (42) aufweist, das dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Kapazität des Energiespeichers (43) im Zwischenkreis (42) einen Niederwert derart zu bestimmen, dass eine am Ende einer sprungartigen Spannungsstörung entstehende Leistungsspitze in den Energiespeicher (43) aufnehmbar ist.Inverter, in particular for wind energy installations with a generator (3) driven via a wind rotor (2) for feeding electrical power into a network (9) even during a sudden voltage disturbance, in particular voltage drop in the network (9), wherein the converter (4) has a Having intermediate circuit (42) with an energy store (43), and a control device (5) is provided, characterized in that the control device (5) has a setpoint module (51) for setting an energy level in the intermediate circuit (42) which is adapted thereto in that a low value is determined in dependence on a capacity of the energy store (43) in the intermediate circuit (42) in such a way that a peak in power occurring at the end of a sudden voltage disturbance can be absorbed in the energy store (43). Umrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollwertmodul (51) derart ausgebildet ist, einen Spannungssollwert für einen netzseitigen Wechselrichter (48) des Umrichters (4) zu bestimmen, der eine Entladung des Energiespeichers (43) auf den Niederwert bewirkt.Converter according to claim 14, characterized in that the setpoint module (51) is designed such a voltage setpoint for a network-side inverter (48) of the inverter (4), which causes a discharge of the energy store (43) to the low value. Umrichter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (42) ein Gleichspannungszwischenkreis mit einem Kondensator als Energiespeicher (43) ist.Converter according to claim 14 or 15, characterized in that the intermediate circuit (42) is a DC voltage intermediate circuit with a capacitor as an energy store (43). Umrichter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederwert eine Spannung gemäß der Formel U DCMin = Max U Netz 2 k last 1 , U Netz 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k Last 2
Figure imgb0003
ist.
Converter according to claim 16, characterized in that the low value is a voltage according to the formula U DC min = Max U network 2 k load 1 . U network 2 N - N Syn N Syn ω 21 Gener k load 2
Figure imgb0003
is.
Umrichter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis ein Gleichstromzwischenkreis mit einer Spule als Energiespeicher ist.Converter according to claim 14 or 15, characterized in that the intermediate circuit is a DC intermediate circuit with a coil as energy storage.
EP07021909.2A 2006-11-10 2007-11-12 Method and device to control a dc-ac converter, particularly for a wind energy plant Not-in-force EP1921738B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006053367A DE102006053367A1 (en) 2006-11-10 2006-11-10 Method and device for operating an inverter, in particular for wind energy installations

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1921738A2 true EP1921738A2 (en) 2008-05-14
EP1921738A3 EP1921738A3 (en) 2009-10-28
EP1921738B1 EP1921738B1 (en) 2019-07-24

Family

ID=38782691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07021909.2A Not-in-force EP1921738B1 (en) 2006-11-10 2007-11-12 Method and device to control a dc-ac converter, particularly for a wind energy plant

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1921738B1 (en)
DE (1) DE102006053367A1 (en)
DK (1) DK1921738T3 (en)
ES (1) ES2749610T3 (en)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2148417A1 (en) 2008-07-22 2010-01-27 SMA Solar Technology AG Inverter apparatus for a photovoltaic generator with a plurality of inverters being serially coupled at their input side
CN102097825A (en) * 2011-01-19 2011-06-15 北京科诺伟业科技有限公司 Insulated gate bipolar transistor (IGBT) type Crowbar cut-out method of double-fed wind power converter
CN101630850B (en) * 2009-08-07 2011-07-13 深圳市禾望电气有限公司 Through power network fault device and through power network fault method of double-fed induction generator
CN102223125A (en) * 2011-06-29 2011-10-19 南车株洲电力机车研究所有限公司 Method and device for controlling uninterruptible operation of wind generator system in case of faulted power grid voltage
CN102255328A (en) * 2011-04-25 2011-11-23 江苏省电力试验研究院有限公司 Method for determining capacity of energy storing device accessed to wind power station based on spectrum analysis
CN102263416A (en) * 2010-10-21 2011-11-30 江苏大全凯帆电器股份有限公司 High-power direct-drive wind power converter low-voltage traversing circuit
CN102315651A (en) * 2011-08-02 2012-01-11 深圳市禾望电气有限公司 Crowbar circuit as well as device for double-fed induction generator to rid through power grid fault and thereof
US8120932B2 (en) 2008-07-01 2012-02-21 American Superconductor Corporation Low voltage ride through
EP2463996A1 (en) * 2010-12-08 2012-06-13 Siemens Aktiengesellschaft AC-to-AC converter and method for converting a first fre-quency AC-voltage to a second frequency AC-voltage
CN102904280A (en) * 2011-10-17 2013-01-30 大连尚能科技发展有限公司 Device and method for traversing grid fault by double-fed wind power converter
CN103078333A (en) * 2013-01-25 2013-05-01 天津大学 LVRT (Low Voltage Ride Through) method for wind power station
EP2602925A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-12 KD Elektroniksysteme GmbH Frequency converter with isolation in direct current circuit for regulating an asynchronous motor
CN103489043A (en) * 2013-09-25 2014-01-01 上海电力学院 Method for optimizing proportion between installed wind capacity and capacity of energy storage battery
WO2013041974A3 (en) * 2011-09-01 2014-01-23 Sergio Aurtenetxea Method and apparatus for controlling a converter
EP2945242A3 (en) * 2014-05-16 2016-04-06 Senvion GmbH Wind turbine with improved overvoltage protection
EP3214719B1 (en) 2016-03-03 2019-01-23 General Electric Company System and method for controlling dc link voltage of a power converter for doubly-fed induction generators

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008034619A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 Converteam Technology Ltd., Warwickshire Electrical circuit operating method for generating electrical energy in e.g. wind power generation system, involves connecting intermediate circuit with short-circuit resistance and short-circuiting switch
DE102008064079A1 (en) * 2008-12-19 2010-06-24 Converteam Technology Ltd., Rugby Electrical circuit producing method for producing electrical energy in e.g. gas turbine-power plant, involves interconnecting two poles of intermediate circuit by adjustable resistor when intermediate circuit voltage increases
DE102010006525B4 (en) 2010-02-01 2012-02-09 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Device for deriving surge currents or transient overvoltages
CN110011352B (en) * 2018-01-04 2020-11-10 中国石油化工股份有限公司 Voltage drop control method containing new energy grid connection
CN108649610A (en) * 2018-06-08 2018-10-12 西北农林科技大学 A kind of DFIG low-voltage ride-through methods
CN112636372B (en) * 2020-11-01 2022-04-26 国网河南省电力公司电力科学研究院 Energy storage coordination control method and system considering wind power volatility and anti-peak-shaving characteristics

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19651364A1 (en) * 1996-12-10 1998-06-25 Nordex En Anlagen Gmbh Device for improving mains compatibility of wind-power plants with asynchronous generators
DE10010350A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-13 Setec Elektronische Antriebsre Pulse converter operating method involves using parallel current inverters in intermediate circuit operated with clock synchronous pulse width modulation to reduce resonance stimulation
WO2003065567A1 (en) * 2002-01-29 2003-08-07 Vestas Wind Systems A/S Circuit to be used in a wind power plant
WO2005027301A1 (en) * 2003-09-16 2005-03-24 General Electric Company Method for operating a frequency converter of a generator
WO2005099063A1 (en) * 2004-03-12 2005-10-20 General Electric Company Method for operating a frequency converter of a generator and wind energy turbine having a generator operated according to the method
WO2006003224A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-12 Gamesa Eólica, S.A. Method and device for preventing the disconnection of an electric power generating plant from the electrical grid
WO2006069569A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Vestas Wind Systems A/S Method of controlling a wind turbine connected to an electric utility grid

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19651364A1 (en) * 1996-12-10 1998-06-25 Nordex En Anlagen Gmbh Device for improving mains compatibility of wind-power plants with asynchronous generators
DE10010350A1 (en) * 2000-03-03 2001-09-13 Setec Elektronische Antriebsre Pulse converter operating method involves using parallel current inverters in intermediate circuit operated with clock synchronous pulse width modulation to reduce resonance stimulation
WO2003065567A1 (en) * 2002-01-29 2003-08-07 Vestas Wind Systems A/S Circuit to be used in a wind power plant
WO2005027301A1 (en) * 2003-09-16 2005-03-24 General Electric Company Method for operating a frequency converter of a generator
WO2005099063A1 (en) * 2004-03-12 2005-10-20 General Electric Company Method for operating a frequency converter of a generator and wind energy turbine having a generator operated according to the method
WO2006003224A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-12 Gamesa Eólica, S.A. Method and device for preventing the disconnection of an electric power generating plant from the electrical grid
WO2006069569A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Vestas Wind Systems A/S Method of controlling a wind turbine connected to an electric utility grid

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8120932B2 (en) 2008-07-01 2012-02-21 American Superconductor Corporation Low voltage ride through
EP2148417A1 (en) 2008-07-22 2010-01-27 SMA Solar Technology AG Inverter apparatus for a photovoltaic generator with a plurality of inverters being serially coupled at their input side
CN101630850B (en) * 2009-08-07 2011-07-13 深圳市禾望电气有限公司 Through power network fault device and through power network fault method of double-fed induction generator
CN102263416A (en) * 2010-10-21 2011-11-30 江苏大全凯帆电器股份有限公司 High-power direct-drive wind power converter low-voltage traversing circuit
EP2463996A1 (en) * 2010-12-08 2012-06-13 Siemens Aktiengesellschaft AC-to-AC converter and method for converting a first fre-quency AC-voltage to a second frequency AC-voltage
US9099933B2 (en) 2010-12-08 2015-08-04 Siemens Aktiengesellschaft AC-to-AC converter and method for converting a first frequency AC-voltage to a second frequency AC-voltage
CN102097825A (en) * 2011-01-19 2011-06-15 北京科诺伟业科技有限公司 Insulated gate bipolar transistor (IGBT) type Crowbar cut-out method of double-fed wind power converter
CN102255328A (en) * 2011-04-25 2011-11-23 江苏省电力试验研究院有限公司 Method for determining capacity of energy storing device accessed to wind power station based on spectrum analysis
CN102255328B (en) * 2011-04-25 2013-07-10 江苏省电力公司电力科学研究院 Method for determining capacity of energy storing device accessed to wind power station based on spectrum analysis
CN102223125B (en) * 2011-06-29 2013-06-19 南车株洲电力机车研究所有限公司 Method and device for controlling uninterruptible operation of wind generator system in case of faulted power grid voltage
CN102223125A (en) * 2011-06-29 2011-10-19 南车株洲电力机车研究所有限公司 Method and device for controlling uninterruptible operation of wind generator system in case of faulted power grid voltage
CN102315651A (en) * 2011-08-02 2012-01-11 深圳市禾望电气有限公司 Crowbar circuit as well as device for double-fed induction generator to rid through power grid fault and thereof
WO2013041974A3 (en) * 2011-09-01 2014-01-23 Sergio Aurtenetxea Method and apparatus for controlling a converter
CN102904280A (en) * 2011-10-17 2013-01-30 大连尚能科技发展有限公司 Device and method for traversing grid fault by double-fed wind power converter
WO2013083761A2 (en) 2011-12-07 2013-06-13 Kd Elektroniksysteme Gmbh Asynchronous motor unit comprising a frequency converter with electrical isolation in the dc voltage intermediate circuit
EP2602925A1 (en) * 2011-12-07 2013-06-12 KD Elektroniksysteme GmbH Frequency converter with isolation in direct current circuit for regulating an asynchronous motor
WO2013083761A3 (en) * 2011-12-07 2013-08-15 Kd Elektroniksysteme Gmbh Asynchronous motor unit comprising a frequency converter with electrical isolation in the dc voltage intermediate circuit
US9344029B2 (en) 2011-12-07 2016-05-17 Kd Elektroniksysteme Gmbh Asynchronous motor unit comprising a frequency converter with electrical isolation in the DC voltage intermediate circuit
CN103078333A (en) * 2013-01-25 2013-05-01 天津大学 LVRT (Low Voltage Ride Through) method for wind power station
CN103489043A (en) * 2013-09-25 2014-01-01 上海电力学院 Method for optimizing proportion between installed wind capacity and capacity of energy storage battery
CN103489043B (en) * 2013-09-25 2016-03-30 上海电力学院 The optimization method of a kind of wind-powered electricity generation installation and energy-storage battery capacity ratio
EP2945242A3 (en) * 2014-05-16 2016-04-06 Senvion GmbH Wind turbine with improved overvoltage protection
US9515594B2 (en) 2014-05-16 2016-12-06 Senvion Se Wind turbine having improved overvoltage protection
EP3214719B1 (en) 2016-03-03 2019-01-23 General Electric Company System and method for controlling dc link voltage of a power converter for doubly-fed induction generators

Also Published As

Publication number Publication date
EP1921738B1 (en) 2019-07-24
ES2749610T3 (en) 2020-03-23
DK1921738T3 (en) 2019-10-28
DE102006053367A1 (en) 2008-05-21
EP1921738A3 (en) 2009-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1921738B1 (en) Method and device to control a dc-ac converter, particularly for a wind energy plant
EP2209205B1 (en) Method for operating a wind energy system in case of overvoltage in the grid
EP2872777B1 (en) Method for controlling an electric generator
EP2087571B1 (en) Converter with controllable phase-angle
EP1668245B1 (en) Wind power plant comprising a reactive power module for supporting a power supply system and corresponding method
EP2945242B1 (en) Wind turbine with improved overvoltage protection
EP2275674B2 (en) Method for operating a wind park
EP2457320B1 (en) Method for operating a wind turbine and wind turbine suited therefor
EP2017473B1 (en) Wind farm with increased revolution speed
WO2009103504A2 (en) Wind energy plant having a double-energized asynchronous generator and converter control
WO2010108910A2 (en) Method for operating a wind turbine
DE10232423A1 (en) Method for operating a wind energy installation and wind energy installation for executing such a method
EP2244372B1 (en) Switching device for a wind power plant
EP2562414B1 (en) Method for operating a wind power assembly when a power failure occurs with a decrease in power and such a wind power assembly
CH701746A2 (en) Generator system with direct netzgekoppeltem generator and method for driving through grid disturbances.
EP3545601A1 (en) Method for controlling a wind turbine
EP3911856A1 (en) Wind turbine for feeding electrical power into an electrical supply network
EP3046204A1 (en) Wind energy system
CH701753A1 (en) Speed variable generator system for use in e.g. hydro power plant, has voltage limiter attached at secondary side of generator such that secondary sided current is derived during high current through frequency converter
EP2417681A2 (en) Energy supply in an electric network
WO2009030692A1 (en) Method and control unit for the short circuit current reduction in a double-fed asynchronous machine
EP3806261B1 (en) Method for feeding electrical power into an electrical supply network by means of a wind energy plant in a manner which controls voltage
DE102018003031A1 (en) Wind turbine with extended overspeed governor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

17P Request for examination filed

Effective date: 20100426

17Q First examination report despatched

Effective date: 20100525

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: REPOWER SYSTEMS SE

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SENVION SE

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SENVION GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20190107

GRAJ Information related to disapproval of communication of intention to grant by the applicant or resumption of examination proceedings by the epo deleted

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSDIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTC Intention to grant announced (deleted)
INTG Intention to grant announced

Effective date: 20190321

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502007016729

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1159400

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20190815

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: T3

Effective date: 20191025

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20190724

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20191024

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20191125

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20191125

Year of fee payment: 13

Ref country code: IE

Payment date: 20191120

Year of fee payment: 13

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20191025

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20191124

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20191121

Year of fee payment: 13

Ref country code: DK

Payment date: 20191121

Year of fee payment: 13

Ref country code: ES

Payment date: 20191216

Year of fee payment: 13

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2749610

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

Effective date: 20200323

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20191126

Year of fee payment: 13

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20200224

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502007016729

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG2D Information on lapse in contracting state deleted

Ref country code: IS

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20191112

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20191130

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20191130

26N No opposition filed

Effective date: 20200603

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20191130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20191130

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1159400

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20191112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20191112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 502007016729

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DK

Ref legal event code: EBP

Effective date: 20201130

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20201112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20190724

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20071112

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20201112

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20201130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210601

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20201130

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20201112

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FD2A

Effective date: 20220201

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20201113